残余应力测量是工程领域的热点问题之一。残余应力通常由成形、加工过程或使用环境引起,几乎会在每个加工步骤中产生。其对于材料和结构构件的使用性能,特别是疲劳寿命、变形、尺寸稳定性、耐腐蚀性及脆性断裂性能具有很大影响。尽管近年来在残余应力控制技术方面有了很大提高,但在发展经济有效的残余应力测试方法方面仍需做出相当大的努力。对于不同的情况,残余应力的测量方法是多种多样的。在实际测量当中选择试验方案时应充分考虑构件的具体情况,比如现场的可行性和适应性、费用和效率等。随着社会的发展,很多工程中出现的残余应力问题是现有方法无法解决或解决不好的,所以很多时候应该根据具体问题采取相应的解决办法,因此产生了很多根据具体问题将现有的测量方法相结合而形成的新的测量方法。近年来,结合光学测量方法与有损法的新型残余应力测量方法得到了很多关注,此种结合可以在一定程度上融合两种方法的优点,对解决一些新型问题起到了很大的帮助。本文主要针对结合压痕技术和数字图像相关方法(DIC)测量构件/试样表面的等双轴残余应力进行研究,这种残余应力测量方法结合了数字图像相关方法和压痕技术两者的优点。相对于其他非接触测量方法,DIC的优势在于快速测量的潜力、简单的表面准备、对于粗糙或曲面的适用性、修正刚体运动的能力以及简单的设备需求;同时相对于对构件或试样损伤较大的有损法来说,压痕技术的损伤是非常小的,这对于因为安全问题而不允许采用会造成较大破坏的有损法的工程问题具有非常重要的实际意义。此方法不但扩大了数字图像相关方法的应用范围,也是在一定程度对残余应力测量方法体系的补充和完善。最后利用扫描电子显微镜结合数字图像相关方法对于残余应力对不锈钢微观力学行为的影响进行了的详细讨论。首先,基于空腔模型推导了压痕周围变形场与残余应力的关系,构建了相应的实验系统(设计了实验过程及残余应力模拟装置)。实验中,利用CCD摄像机采集压头压入试样过程中压痕周围的散斑图像,利用数字图像相关方法对压痕周围的位移场进行计算,然后根据得到的位移场与残余应力的关系推出残余应力的大小。结果显示,利用基于压痕的残余应力测量方法对残余应力的测量是可行且可靠的。其次,利用仿真法对压痕周围塑性区的变形规律进行了分析,研究了塑性变形在基于压痕的残余应力测量方法中的影响和作用,并将塑性变形的影响引入到位移拟合函数中,解决了基于空腔模型的位移函数对实验获得的位移场拟合效果不佳的情况,同时提高了本方法的测量残余应力的精度和范围。再次,以2205双相钢为研究对象,利用热载荷模拟残余应力的存在,并结合扫描电子显微镜和数字图像相关方法,分析讨论了残余应力对材料微观力学行为的影响,同时利用基于压痕的残余应力测量方法对其表面残余应力进行了测量。在初始变形响应研究中,发现铁素体中的残余压缩应力将在一定程度上抑制其变形,奥氏体中的残余拉伸应力会促进奥氏体的发生更大程度的变形。通过对比真实应力应变曲线,发现残余应力会使材料的塑性变形和失效更早更快的发生,即残余应力会一定程度上加速不锈钢材料的失效破坏,进而降低其使用寿命。在循环响应研究中,发现正的应变集中主要在奥氏体相中,这种现象是跟残余应力存在直接联系的。残余拉伸应力的存在会加大奥氏体相在循环试验中的变形,进而加重奥氏体中应变集中的程度。且发现与文献中的研究成果相比,残余应力对双相钢循环载荷实验中的硬化现象具有一定的抑制作用。最后通过对双相钢试样进行去应力退火处理,从平均应变的角度研究了残余应力对双相钢微观拉伸和松弛行为的影响,在微观拉伸行为研究中,发现残余应力对于试样TD(Transverse direction)方向的影响很小,但残余应力的存在会增强双相钢在RD(Rolling direction)方向的变形,可知大部分残余应力是与RD方向一致的。之后,利用基于压痕的的残余应力测量方法对其表面残余应力进行了测量,大小约为214.7MPa,证明了本方法对于测量单轴残余应力的可行性。在松弛行为的研究中发现,残余应力使得双相钢在TD方向上具有更快速更大程度的松弛行为,且对材料松弛行为的硬化现象具有一定的抑制作用。两种发现都表明残余应力会对材料的尺寸稳定性和使用寿命产生不良影响,并加速其失效破坏。